اثر تیندال چیست؟ – مثال های از این اثر در محیط اطراف
به فرآیندی که نوری را که به ذرات کلوئیدی تابیده شده را توسط آن ها منتشر و پخش می کند، اثر تیندال می گویند. در کلوئیدها و برخی از سوسپانسیون ها، اثر تیندال (ویژگی انتشار نور توسط ذرات آن ها) را می توان دید. با این تعریف می توان این خصوصیت را یکی از راه های شناسایی کلوئیدها دانست. دو عاملی که در میزان شدت تابش نور توسط این پدیده موثر است، یکی فرکانس تابش نور و دیگری چگالی ذرات کلوئیدی است. کتاب علوم پایه هشتم، برای اولین بار ما را با این پدیده آشنا کرده است. مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک حاضر، تا اندازه ای ما را با اثر تیندال و برخی از مثال هایی درباره ی آن آشنا می کند.
اثر تیندال
در فیزیک و شیمی پدیده ای به نام اثر تیندال وجود دارد که به ما نشان می دهد که چرا برخی از ذرات، فقط در برخی از زمان ها قابل دیدن هستند. دانشمند ایرلندی به نام تیندال در سال ۱۸۶۹، اولین کسی بود که به مطالعه این اثر فیزیکی پرداخت. با این پدیده می توان به قابل مشاهده بودن ذراتی پرداخت که قدرت بازتاب یا شکست نور را دارند. تشخیص این ذرات با توجه به محیطی که در آن هستند، به طور متفاوت قابل تشخیص هستند. با عبور نور از این زمینه است که این ذرات دیده می شوند.
به عنوان مثال می توان به مشاهده ذرات گرد و غباری اشاره کرد که با تابش نور خورشید با یک درجه تمایل از پنجره، دیده می شوند. فقط با این تابش خاص است که این ذرات دیده می شوند. اگر تابش خورشید نباشد، این ذراتی که همیشه وجود دارند را نمی توان دید. مثالی دیگر از اثر تیندال مربوط به روشن شدن چراغ اتومبیل در هوای مه آلود است. نور با تاثیر روی رطوبت، آن ها را به شکل معلق برای ما قابل مشاهده می کند.
انواع مخلوط ها
مخلوط ها را می توان به سه دسته کلی محلول ها، کلوئیدها و سوسپانسیون ها تقسیم بندی کرد. علت تفاوت انواع محلول ها در میزان حلالیت ماده حل شونده ی آن ها در حلال است. در محلول ها ماده حل شونده به طور کامل در حلال حل شده و محلول یکنواختی ایجاد می شود. اندازه ذرات محلول بیشتر از ۱ نانومتر نیست. در سوسپانسیون ها ذرات حل شونده توانایی حل شدن (به هیچ وجه) در حلال را ندارند. چون اندازه ذرات آن ها بیشتر از ۱۰۰ نانومتر بوده و به تدریج ته نشین می شوند.
کلوئیدها را به عنوان حد واسط بین این دو نوع مخلوط می توان دانست. ذرات تشکیل دهنده کلوئیدها به قدری ریز و کوچک هستند که با چشم بدون مسلح دیده نمی شوند. این ذرات باید با میکروسکوپ مشاهده شوند، اما اندازه آن ها از ذرات محلول ها بزرگتر است. ذرات کلوئیدی به شکل پراکنده در قسمت های مختلف مخلوط وجود دارند.
توضیح اثر تیندال
ماده ای که اندازه ذرات آن بین ۱ تا ۱۰۰۰ نانومتر باشد، به عنوان کلوئید خوانده می شود. چون ذرات گرد و غبار و یا قطرات آب در هوا تشکیل دهنده مواد کلوئیدی هستند، نور نمی تواند مستقیم از آن ها عبور کند. اما نور تابیده شده می تواند به این ذرات برخورد کرده و باریکه ی قابل مشاهده ای از نور را در اثر پراکندگی و پخش کردن، ایجاد کند. این پدیده به نام اثر تیندال است که به عنوان روشی برای تشخیص این است که نشان دهد، محلول کلوئیدی است. با تابش نور به یک محلول، نور از آن عبور می کند. اما با تابش نور به یک محلول کلوئیدی، نور توسط ذرات موجود در این محلول ها در تمام جهت ها پخش شده و باعث دیده شدن آن می شود.
در توصیف اثر تیندال می توان به مثال عبور نور از شیر و آب اشاره کرد. نور از آب عبور می کند ولی بازتاب نور را بعد از تابش به شیر خواهیم داشت. چون شیر یک محلول کلوئیدی است.
علاوه بر کلوئیدها، پراکندگی نور تابیده شده را توسط سوسپانسیون ها هم خواهیم داشت. با بزرگ تر بودن ذرات سوسپانسیون، پراکندگی نور وجود نداشته و سوسپانسیون، کدر دیده می شود.
بیان و شرح ساده پدیده تیندال
با عبور باریکه نور از یک ماده کلوئیدی با اندازه ذرات بین ۱ تا ۱۰۰۰ نانومتر، نور نمی توان از بین آن ها عبور کند. اما برخورد نور به این ذرات، حرکت مستقیم این تابش ها را دچار انحراف می کند. همین انتشار و پخش شدن باعث می شود که باریکه نور قابل مشاهده شود. یعنی با این پدیده، ذرات کلوئیدی می توانند پرتوهای نوری را در بین خود، معلق کنند. به طور تقریبی می توان گفت که فقط کلوئیدها توانایی چنین تاثیری را دارند.
مثال هایی دیگر از وجود اثر تیندال
در سالن سینما ذرات معلق در اشعه ای که از سوراخ کوچکی خارج می شود را می توان دید که اثر تیندال را نشان می دهد. این اثر به انعکاس نور مربوط نیست بلکه به دلیل انتشار نور توسط ذرات موجود است. از مثال های دیگر دیدن دود موتور سیکلت ها در نور آبی است که انتشار نور تابیده شده را دارند.
علت رنگ آبی آسمان نیز با اثر تیندال قابل توضیح است. نور تابشی از خورشید سفید رنگ است. اما با گازهایی که در اتمسفر زمین وجود دارند، برخورد می کنند. گازهای تشکیل دهنده جو زمین اکسیژن، نیتروژن، آرگون و گازهای گلخانه ای چون متان، بخار آب و دی اکسید کربن هستند. با برخورد تابش های سفید نور خورشید به گازهای مختلف، انحرافات مختلفی ایجاد می شود.
رنگ های متفاوتی از انحرافات برخوردی نور خورشید به اکسیژن موجود در نیتروژن ایجاد می شود که رنگ های مختلفی را نتیجه می دهد. طول موج و میزان انحراف، عواملی هستند که رنگ های ایجاد شده به آن بستگی دارند. چون طول موج های رنگ های آبی و بنفش کوتاه است، انحرافات بالا مربوط به این رنگ هاست که نتیجه آن دیده شدن آسمان، بیشتر به این رنگ یعنی آبی است. در افرادی که دارای رنگ چشم آبی هستند نیز این اثر قابل توصیف است.
عوامل موثر در اثر تیندال
ذراتی که در مواد کلوئیدی وجود دارد، نور تابیده شده را پراکنده کرده و باعث مشاهده آن ها می شوند. دو عامل و متغیری که در میزان شدت اثر مذکور موثر هستند، فرکانس نور و چگالی و تراکم ذرات کلوئیدی است. در پراکندگی ریلی، چون نور آبی دارای طول موج کوتاهی است، نسبت به نور قرمز پخش و پراکندگی بیشتری دارد. چون طول موج های کوتاهتر با پخش بیشتری، منعکس می شوند. عامل متغیر تاثیر گذار دیگر در اثر تیندال، اندازه ذرات است. هر وقت اندازه قطر ذرات کلوئیدی بین ۱ تا ۱۰۰۰ نانومتر باشد، می تواند ذرات در حالت معلق این اثر باشند.
اثر تیندال در مقایسه با پراکندگی ریلی چگونه است؟
ذرات در پراکندگی ریلی کوچکتر از طول موج نورهای تابیده شده هستند. این موضوع به کمک رابطه ی ریاضی بیان می شود که ذرات باید در آنجا دارای اندازه ای کمتر از ۴۰ نانومتر (برای نور مرئی) باشند. ذرات تشکیل دهنده اثر پراکندگی ریلی، می تواند مولکول های تکی هم باشند. اما در مقایسه با پدیده پراکندگی ریلی، ذرات کلوئیدی که اثر تیندال را به وجود می آورند، حاوی ذراتی بزرگتر و به طور تقریبی نزدیک به اندازه طول موج نور تابیده شده هستند. همچنین شدت این اثر بیشتر است، چون دارای اندازه بزرگتری است. برای پی بردن به این که اندازه بزرگ در این اثر تا چه حد می تواند مهم باشد، از از بیان نمایی و ریاضی پراکندگی ریلی می توان بهره برد.
در صورت دایره ای شکل بودن ذرات کلوئیدی، با به کار بردن نظریه مای، انتشار تیندال قابل توصیف و توضیح خواهد بود.
